论文部分内容阅读
本文采用热爆反应合成法制备TiAl及TiAl(Nb、B)金属间化合物粉末,利用放电等离子烧结技术(SPS),原位制备了Ti2AlC/TiAl和Ti2AlC/TiAl(Nb、B)复合材料,并对Ti2AlC/TiAl(Nb、B)复合材料进行了热处理。通过对MATLAB图像工具箱的研究,得到一整套适用于Ti2AlC/TiAl复合材料SEM图像的处理程序。通过对分形理论的研究,以MATLAB为平台,编写了计算盒维数和多重分形谱的程序,得到分形维数与宏观性能之间的关系。在MATLAB图像处理工具箱中,依次经过离散余弦变换、直方图增强、维纳滤波、边缘检测、阀值分割、腐蚀与膨胀等过程,将图像的信息进一步压缩,使象素值尽量均匀分布,除去图片中夹杂的噪声,进一步提取图片中的关键部分,从而将图片转变成为规范的二值图像。对简单分形中盒维数原理的分析,将计算过程逐步分解,通过MATLAB程序计算得到分形维数值。研究发现Ti2AlC/TiAl复合材料的断面和表面都存在分形特征,不同的热处理方式得到样品的分形维数是不同的。研究过程中我们发现,分形网格划分越细,分形维数越小,分形维数计算越准确,并且含有B元素的样品,比不含B元素的样品的分形维数普遍都要大。这是因为由于旧的平衡被打破,材料内部的微小变化被放大,随机的微小涨落导致新的稳定有序状态生成,宏观性能发生更大的变化,使用分形维数可以很好的反应这些变化。进一步研究表明,Ti2AlC/TiAl复合材料的断面SEM图像的分形维数随着断裂韧性、弯曲强度的升高而增大,呈现脆性材料特征。而Ti2AlC/TiAl复合材料在低温热处理时断裂韧性随着分形维数的增大而减小。Ti2AlC/TiAl复合材料表面分形维数的增大是因为α2/γ层片晶团的增多的结果,从而使得Ti2AlC/TiAl复合材料界面复杂程度增加,分形维数不断增大。我们分别得到Ti2AlC/TiAl复合材料在不同热处理制度下分形维数与断裂韧性、弯曲强度的定量关系,从而为使用SEM图像定量分析Ti2AlC/TiAl复合材料的力学性能打下了坚实的基础。对多重分形谱原理的分析,将计算过程逐步分解,通过MATLAB程序计算得到Ti2AlC/TiAl复合材料快速热处理制度下的多重分形谱。研究发现在r=0.0625处,lnχq(r)与lnr有小波动。除此之外,不管r的取值如何,整个区间上线性关系良好,分形特征明显。在1403K的快速热处理制度下,τ(q)与q之间存在良好的线性关系,相关系数达到99.99%,广义分形维数D(q)与q之间走势较平缓,从而得到的试样断层比较均匀,属于单分形。在1473K的快速热处理制度下,τ(q)与q在q∈[ -3,-1]处产生了一个突起,非线性关系明显。广义分形维数D(q)与q之间走势较陡峭。得到α~f(α)的钟状关系,谱线对称较好,且谱宽较大,试样断层分布不均匀,多重分形特征明显。最后我们通过MATLAB纹理滤镜进行材料表面纹理分割,还原样品SEM图像的三维立体结构,直观观察了SEM的孔洞形态,对SEM图像的纹理分析做了初步研究。